JP4556784B2 - Pressure sensor - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ダイアフラム式のセンサチップに圧力導入孔を有する台座を接合してなる圧力センサに関し、特に、圧力導入孔が保護用のゲル部材により封止されてなる圧力センサに関する。   The present invention relates to a pressure sensor formed by joining a pedestal having a pressure introduction hole to a semiconductor diaphragm type sensor chip, and more particularly to a pressure sensor in which the pressure introduction hole is sealed with a protective gel member.

従来より、この種の圧力センサとしては、たとえば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4などに記載のものが提案されている。   Conventionally, as this type of pressure sensor, for example, those described in Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4 and the like have been proposed.

このものは、裏面に凹部が形成されこの凹部に対応した表面側の薄肉部がダイアフラムとして構成されるとともに、表面にピエゾ抵抗を有する半導体ダイアフラム式のセンサチップと、このセンサチップの裏面に接合され凹部からダイアフラムへ通じる貫通穴を有するガラスなどからなる台座とを備えている。   This has a concave portion formed on the back surface, and a thin portion on the surface side corresponding to the concave portion is configured as a diaphragm, and a semiconductor diaphragm type sensor chip having a piezoresistor on the front surface and the back surface of the sensor chip are joined. And a pedestal made of glass or the like having a through hole that leads from the recess to the diaphragm.

ここで、半導体ダイアフラム式センサチップは台座に対して陽極接合などにより接合されており、さらに、台座の貫通穴およびセンサチップの凹部には、センサチップ、特にセンサチップのダイアフラム裏面を保護するゲル部材が充填されている。   Here, the semiconductor diaphragm type sensor chip is bonded to the pedestal by anodic bonding or the like, and the gel member that protects the sensor chip, particularly the back surface of the diaphragm of the sensor chip, in the through hole of the pedestal and the recess of the sensor chip. Is filled.

このような圧力センサは、いわゆる「ダイアフラム裏面封止型の圧力センサ」として構成されており、この圧力センサにおいては、台座の貫通穴からゲル部材を介してダイアフラムに圧力が導入され、センサチップからはピエゾ抵抗効果によって印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている。   Such a pressure sensor is configured as a so-called “diaphragm back surface-sealed pressure sensor”. In this pressure sensor, pressure is introduced from the through hole of the pedestal through the gel member to the diaphragm, and from the sensor chip. A signal corresponding to the pressure applied by the piezoresistive effect is output.

ここで、この種の圧力センサは、たとえば、腐食性を有する液体やガスなどの圧力媒体の圧力を測定する場合に適用され、そのような腐食性の圧力媒体からセンサチップを保護するために、上記のようにゲル部材による保護がなされている。   Here, this type of pressure sensor is applied, for example, when measuring the pressure of a pressure medium such as a corrosive liquid or gas, and in order to protect the sensor chip from such a corrosive pressure medium, As described above, the gel member protects it.

また、台座の貫通穴からのセンサチップのダイアフラムへの水分の侵入、および、侵入した水分が低温時に凍結して体積膨張したときのダイアフラムの破壊などを、防止するためにも、ゲル部材が注入されている。   The gel member is also injected to prevent the intrusion of moisture from the through hole of the pedestal into the diaphragm of the sensor chip and the destruction of the diaphragm when the invading water freezes at low temperatures and expands in volume. Has been.

具体的には、このような圧力センサは、ディーゼルエンジン車両の排気管内に設けられた排気清浄フィルタとしてのDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)の前後の差圧を測定したり、EGR雰囲気中の圧力などを測定するセンサなどに適用されるものである。
特開平4−370726号公報 特開平5−133827号公報 特開平11−201845号公報 特開2002−221462号公報
Specifically, such a pressure sensor measures a differential pressure before and after a DPF (diesel particulate filter) as an exhaust purification filter provided in an exhaust pipe of a diesel engine vehicle, or a pressure in an EGR atmosphere. It is applied to a sensor for measuring
JP-A-4-370726 Japanese Patent Laid-Open No. 5-133828 JP-A-11-201845 JP 2002-221462 A

ところで、近年、自動車用センサなど、0℃以下の低温から100℃以上の高温まで幅広い温度範囲で作動可能な圧力センサが要望されている。   By the way, in recent years, pressure sensors that can operate in a wide temperature range from a low temperature of 0 ° C. or lower to a high temperature of 100 ° C. or higher, such as automobile sensors, have been demanded.

本発明者の検討によれば、この種の圧力センサにおいては、低温、たとえば−30℃以下においてゲル部材が固くなり、その変形応力によって、ダイアフラム裏面からゲージ部であるピエゾ抵抗の歪が変化するため、当該低温におけるセンサ出力特性が変動してしまうことがわかった。   According to the study of the present inventor, in this type of pressure sensor, the gel member becomes hard at a low temperature, for example, −30 ° C. or lower, and the distortion of the piezoresistor that is the gauge portion changes from the diaphragm back surface due to the deformation stress. Therefore, it was found that the sensor output characteristics at the low temperature fluctuate.

しかしながら、従来では、このようなゲル部材の変形による低温におけるセンサ特性の変動については、対策が採られていなかった。   However, conventionally, no countermeasure has been taken for such a change in sensor characteristics at low temperatures due to the deformation of the gel member.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ダイアフラム裏面封止型の圧力センサにおいて、ダイアフラム裏面を封止するゲル部材の変形による低温でのセンサ特性の変動を抑制することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and aims to suppress fluctuations in sensor characteristics at low temperatures due to deformation of a gel member that seals the back surface of the diaphragm in a diaphragm back surface pressure sensor. To do.

ここで、本発明者は、台座の貫通穴に充填されたゲル部材の低温での挙動について鋭意検討を行った結果、次のようなメカニズムを考えるに至った。   Here, as a result of intensive studies on the behavior of the gel member filled in the through hole of the pedestal at a low temperature, the present inventor has come to consider the following mechanism.

台座における貫通穴の径Lが大きければ、低温時にゲル部材が固く変形したとしても、ゲル部材は広い貫通穴内部をダイアフラムとは反対方向へ移動することでき、ゲル部材の応力を緩和できるため、ダイアフラム裏面での変位は抑えられる。   If the diameter L of the through hole in the pedestal is large, even if the gel member is deformed hard at low temperatures, the gel member can move in the wide through hole in the opposite direction to the diaphragm, and the stress of the gel member can be relieved. Displacement on the back of the diaphragm is suppressed.

しかし、貫通穴の径Lが小さく、貫通穴の長さすなわち台座の厚さTが大きい場合には、貫通穴が細長いものとなり、ゲル部材の上記方向への変位は限定される。そのため、上記したゲル部材の応力緩和が不十分となり、逆に、ゲル部材の変形応力がダイアフラム裏面に印加され、ダイアフラム裏面を変位させる。本発明者は、このようにして、ゲル部材は自己の形状安定性を確保するものと考えた。   However, when the diameter L of the through hole is small and the length of the through hole, that is, the thickness T of the pedestal is large, the through hole becomes long and the displacement of the gel member in the above direction is limited. For this reason, the stress relaxation of the gel member described above becomes insufficient, and conversely, the deformation stress of the gel member is applied to the rear surface of the diaphragm, thereby displacing the rear surface of the diaphragm. The present inventor has thus considered that the gel member ensures its own shape stability.

そこで、本発明者は、台座における貫通穴の径Lと台座の厚さTとの関係について改良
を加えれば、よいのではないかと考え、本発明を見出した。
Therefore, the present inventor has be added to improve the relationship between the diameter L and the thickness T of the base of the through holes in the base, believed that it would be good, we found the present invention.

上記目的を達成するため、本発明は、半導体ダイアフラム式のセンサチップ(10)をそのダイアフラム(14)裏面側に通じる貫通穴(21)を有する台座(20)に接合し、当該貫通穴(21)をゲル部材(30)にて封止してなり、台座(20)の貫通穴(21)におけるセンサチップ(10)側の開口部(21a)の径は、センサチップ(10)における凹部(13)の径よりも小さいものとしたダイアフラム裏面封止型の圧力センサにおいて、台座(20)におけるセンサチップ(10)とは反対側の部位は、ケース(40)に支持されており、ケース(40)には、貫通穴(21)と連通するとともに圧力を導入するための穴部(41)が設けられており、穴部(41)には、貫通穴(21)から連続してゲル部材(30)が充填されており、台座(20)の貫通穴(21)の径Lよりも、ケース(40)の穴部(41)における貫通穴(21)側の径L1が大きく、且つ、ケース(40)の穴部(41)における貫通穴(21)側の径L1よりも、ケース(40)の穴部(41)における圧力導入側の径L2の方が大きいものとされており、さらに、台座(20)の厚さTは、台座(20)の貫通穴(21)の径Lよりも小さいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention joins a semiconductor diaphragm type sensor chip (10) to a pedestal (20) having a through hole (21) leading to the back side of the diaphragm (14). ) Ri Na sealed by a gel member (30), the diameter of the base (the sensor chip (10) side of the opening in the through hole (21) of 20) (21a), the recess in the sensor chip (10) In the pressure sensor of the diaphragm back surface sealing type that is smaller than the diameter of (13), a portion of the pedestal (20) opposite to the sensor chip (10) is supported by the case (40). (40) is provided with a hole (41) that communicates with the through hole (21) and introduces pressure, and the hole (41) has a gel continuously from the through hole (21). Member (30) is full The diameter L1 on the through hole (21) side of the hole (41) of the case (40) is larger than the diameter L of the through hole (21) of the pedestal (20), and the case (40) The diameter L2 on the pressure introduction side in the hole (41) of the case (40) is larger than the diameter L1 on the through hole (21) side in the hole (41). the thickness of the) T is smaller than the diameter L of the pedestal (20) through hole (21) and feature.

それによれば、ダイアフラム裏面を封止するゲル部材の変形による低温でのセンサ特性の変動を抑制することができる。 According thereto, it is possible to suppress variations in sensor characteristics at low temperatures due to the deformation of the gel member for sealing the dust diaphragm and the back surface.

また、本発明では、貫通穴(21)におけるセンサチップ(10)側の開口部(21a)の径、センサチップ(10)における凹部(13)の径よりも小さいものとしているFurther, in the present invention, the opening of the sensor chip (10) side of the transmembrane throughbore (21) the diameter of (21a), is set to be smaller than the diameter of the recess (13) in the sensor chip (10).

それによれば、台座(20)のセンサチップ(21)側の面における貫通穴(21)を除いた領域を広く採ることができるため、圧力センサの小型化を考慮し限られたサイズの中で、台座(20)とセンサチップ(10)との接合面積を十分確保することができ、接合構造体の強度を充分に確保できる。   According to this, since the area excluding the through hole (21) on the surface on the sensor chip (21) side of the pedestal (20) can be taken widely, the size of the pressure sensor is considered in a limited size. The bonding area between the pedestal (20) and the sensor chip (10) can be sufficiently secured, and the strength of the bonded structure can be sufficiently secured.

また、本発明では、台座(20)におけるセンサチップ(10)とは反対側の部位は、ケース(40)に支持されており、ケース(40)には、貫通穴(21)と連通するとともに前記圧力を導入するための穴部(41)が設けられており、穴部(41)には、貫通穴(21)から連続してゲル部材(30)が充填されており、穴部(41)は、穴部(41)における貫通穴(21)側の径L1が貫通穴(21)の径Lよりも大きい穴として構成されたものとしているIn the present invention , the portion of the pedestal (20) opposite to the sensor chip (10) is supported by the case (40), and the case (40) communicates with the through hole (21). A hole (41) for introducing the pressure is provided. The hole (41) is continuously filled with the gel member (30) from the through hole (21). ), it is assumed that the diameter L1 of the through hole (21) side of the hole (41) is configured as a large hole than the diameter L of the through hole (21).

このように、台座(20)をケース(40)に支持した場合、このケース(40)に穴部(41)を設けることにより、当該穴部(41)から台座(20)の貫通穴(21)を介してセンサチップ(10)へ圧力を導入できる。   Thus, when the pedestal (20) is supported by the case (40), by providing the hole (41) in the case (40), the through hole (21 of the pedestal (20) is formed from the hole (41). ) To introduce pressure into the sensor chip (10).

また、ケース(40)の穴部(41)にゲル部材(30)を充填することにより、この部分においてもセンサチップ(10)の保護がなされるが、ケース(40)の穴部(41)を、この穴部(41)における貫通穴(21)側の径L1が貫通穴(21)の径Lよりも大きい穴として構成しているため、低温時におけるゲル部材(30)の応力緩和をより適切に行うことができる。   Further, by filling the hole (41) of the case (40) with the gel member (30), the sensor chip (10) is also protected in this portion, but the hole (41) of the case (40) is also provided. Since the diameter L1 on the through hole (21) side in the hole (41) is larger than the diameter L of the through hole (21), stress relaxation of the gel member (30) at low temperature is achieved. It can be done more appropriately.

また、本発明では、穴部(41)は、穴部(41)における貫通穴(21)側の径L1よりも圧力導入側の径L2の方が大きい穴として構成されている。 Further, in the present invention, the hole (41), than the diameter L1 of the through hole (21) side of the hole (41) that is configured as a hole a larger diameter L2 of the pressure introduction side.

それによれば、ケース(40)の穴部(41)をダイアフラム(14)とは反対側へ拡径した穴形状とできるため、この穴部(41)に充填されたゲル部材(30)が、当該穴部(41)内をダイアフラム(14)とは反対方向へ移動しやすくでき、ケース(40)の穴部(41)において、低温時におけるゲル部材(30)の応力を緩和することができる。   According to that, since the hole (41) of the case (40) can be formed into a hole shape whose diameter is increased to the opposite side of the diaphragm (14), the gel member (30) filled in the hole (41) The inside of the hole (41) can be easily moved in the opposite direction to the diaphragm (14), and the stress of the gel member (30) at a low temperature can be relieved in the hole (41) of the case (40). .

また、ケース(40)の穴部(41)において、圧力導入側については、より大きな容量のゲル部材(30)によって水分の侵入を抑制することができるため、低温でのセンサ特性変動を、より確実に抑えることができる。   In addition, in the hole (41) of the case (40), on the pressure introduction side, the intrusion of moisture can be suppressed by the gel member (30) having a larger capacity. It can be surely suppressed.

ここで、本発明の圧力センサにおける台座(20)としては、ガラスにより構成されているものにでき、また、ゲル部材(30)は、フッ素系ゲル、シリコーン系ゲル、フロロシリコーン系ゲルにより構成されているものにできる。   Here, the base (20) in the pressure sensor of the present invention can be made of glass, and the gel member (30) is made of fluorine gel, silicone gel, or fluorosilicone gel. Can be what you have.

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

(第1実施形態)
本実施形態に係る圧力センサは、たとえば、腐食性を有する液体やガスなどの圧力媒体の圧力を測定する場合に適用され、具体的には、ディーゼルエンジン車両の排気管内の排気ガスを測定したり、当該排気管内に設けられた排気清浄フィルタとしてのDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)の前後の差圧を測定したり、EGR雰囲気中の圧力などを測定するセンサなどに適用されるものである。
(First embodiment)
The pressure sensor according to the present embodiment is applied, for example, when measuring the pressure of a pressure medium such as a corrosive liquid or gas. Specifically, the pressure sensor measures exhaust gas in an exhaust pipe of a diesel engine vehicle. The present invention is applied to a sensor or the like that measures a differential pressure before and after a DPF (diesel particulate filter) as an exhaust purification filter provided in the exhaust pipe, or measures a pressure in an EGR atmosphere.

図1は、本発明の実施形態に係るピエゾ式圧力センサデバイスとしてのダイアフラム裏面封止型の圧力センサ100の概略断面構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a diaphragm back surface sealed pressure sensor 100 as a piezo-type pressure sensor device according to an embodiment of the present invention.

図1に示されるように、本実施形態の圧力センサ100は、大きくは、半導体ダイアフラム式のセンサチップ10と、このセンサチップ10に接合された圧力導入孔としての貫通穴21を有する台座20と、貫通穴21に充填されたゲル部材30とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the pressure sensor 100 of the present embodiment is roughly composed of a semiconductor diaphragm type sensor chip 10 and a pedestal 20 having a through hole 21 as a pressure introduction hole joined to the sensor chip 10. The gel member 30 filled in the through hole 21 is provided.

センサチップ10は、シリコン半導体基板などの半導体基板からなるものであり、その裏面12に化学的エッチングなどにより作成された凹部13が形成されている。そして、センサチップ10においては、凹部13に対応した表面11側の薄肉部がダイアフラム14として構成されている。   The sensor chip 10 is made of a semiconductor substrate such as a silicon semiconductor substrate, and a recess 13 formed by chemical etching or the like is formed on the back surface 12 thereof. In the sensor chip 10, a thin portion on the surface 11 side corresponding to the recess 13 is configured as a diaphragm 14.

また、センサチップ10の表面11において、ダイアフラム14の部分には、拡散抵抗などからなるピエゾ抵抗15が設けられている。このピエゾ抵抗15は複数個設けられており、後述する図4に示されるように、ブリッジ回路を構成している。このように、本実施形態のセンサチップ10は、半導体ダイアフラム式のセンサチップとして構成されている。   Further, on the surface 11 of the sensor chip 10, a piezoresistor 15 made of a diffused resistor or the like is provided in the diaphragm 14 portion. A plurality of the piezoresistors 15 are provided and constitute a bridge circuit as shown in FIG. Thus, the sensor chip 10 of the present embodiment is configured as a semiconductor diaphragm type sensor chip.

そして、センサチップ10においては、ピエゾ抵抗効果によって印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている。   And in the sensor chip 10, the signal according to the pressure applied by the piezoresistive effect is output.

具体的には、ダイアフラム14にて圧力を受け、その圧力によってダイアフラム14が歪み、ダイアフラム14に形成された上記ブリッジ回路によって、このダイアフラム14の歪みに基づく信号、すなわち、印加された圧力値に応じたレベルの信号が出力されるようになっている。   Specifically, the diaphragm 14 receives pressure, the diaphragm 14 is distorted by the pressure, and the bridge circuit formed in the diaphragm 14 responds to a signal based on the distortion of the diaphragm 14, that is, an applied pressure value. Level signals are output.

また、本実施形態では、センサチップ10は、その裏面12側において、薄肉部であるダイアフラム14の周囲部すなわち厚肉部16にて、台座20に対して固定されている。本例では、台座20はガラスからなり、シリコン半導体からなるセンサチップ10とは、陽極接合により接合されている。   In the present embodiment, the sensor chip 10 is fixed to the pedestal 20 on the back surface 12 side at the peripheral portion of the diaphragm 14, that is, the thick portion 16. In this example, the base 20 is made of glass, and is joined to the sensor chip 10 made of a silicon semiconductor by anodic bonding.

ここで、センサチップ10の裏面12に接合されている台座20において、圧力導入孔としての貫通穴21は、センサチップ10側の面からその反対側の面へ貫通する穴として構成されている。この貫通穴21は一般的なものと同じく、ストレートな丸穴形状を有するものである。   Here, in the base 20 joined to the back surface 12 of the sensor chip 10, the through hole 21 as a pressure introduction hole is configured as a hole penetrating from the surface on the sensor chip 10 side to the surface on the opposite side. The through-hole 21 has a straight round hole shape as in a general case.

そして、センサチップ20は、その裏面12側にてダイアフラム14を台座20の貫通穴21対向した状態で配置されている。つまり、台座20の貫通穴21は、センサチップ10の凹部13からダイアフラム14へ通じている。   The sensor chip 20 is arranged with the diaphragm 14 facing the through hole 21 of the base 20 on the back surface 12 side. That is, the through hole 21 of the pedestal 20 communicates from the recess 13 of the sensor chip 10 to the diaphragm 14.

ここで、本実施形態の圧力センサ100においては、台座20における貫通穴21の径Lと台座20の厚さTとの比L/Tは、1<L/T<3である。このように、本実施形態にて、比L/Tを1よりも大きく3未満の範囲とした構成を採用している根拠については、後述する。   Here, in the pressure sensor 100 of the present embodiment, the ratio L / T between the diameter L of the through hole 21 in the base 20 and the thickness T of the base 20 is 1 <L / T <3. Thus, the grounds for adopting a configuration in which the ratio L / T is in the range of greater than 1 and less than 3 in this embodiment will be described later.

さらに、本実施形態では、台座20の貫通穴21におけるセンサチップ10側の開口部21aの径は、センサチップ10における凹部13の径よりも小さいものとなっている。そのため、図1に示されるように、台座20においては、センサチップ10の凹部13の内側に張り出している肩部22が存在する。   Further, in the present embodiment, the diameter of the opening 21 a on the sensor chip 10 side in the through hole 21 of the base 20 is smaller than the diameter of the recess 13 in the sensor chip 10. Therefore, as shown in FIG. 1, the pedestal 20 has a shoulder portion 22 that protrudes inside the recess 13 of the sensor chip 10.

このような台座20の貫通穴21は、たとえば超音波振動を用いた切削やサンドブラストなどの加工方法を採用することにより、作成することができる。   The through hole 21 of the pedestal 20 can be created by adopting a processing method such as cutting or sandblasting using ultrasonic vibration.

なお、台座20は、たとえば通常矩形板状のセンサチップ10に対応した平面矩形の台座であり、上記比L/Tの範囲を満足した上で、貫通穴21の径Lはたとえば0.8mm〜2.1mm程度、台座20の厚さTはたとえば0.7mm〜2.1mm程度にすることができる。   The pedestal 20 is a flat rectangular pedestal corresponding to, for example, a generally rectangular plate-shaped sensor chip 10, and the diameter L of the through hole 21 is, for example, 0.8 mm to 0.8 mm after satisfying the range of the above ratio L / T. The thickness T of the base 20 can be about 0.7 mm to 2.1 mm, for example, about 2.1 mm.

ここで、図1に示されるように、センサチップ10のピエゾ抵抗15は、感度を大きくするために、ダイアフラム14の歪みの大きい部位、図示例ではダイアフラム14の周辺部に設けられている。さらに、ピエゾ抵抗15は、台座20の貫通穴21におけるセンサチップ10側の開口部21aの径の内側に位置している。   Here, as shown in FIG. 1, the piezoresistor 15 of the sensor chip 10 is provided at a portion where the distortion of the diaphragm 14 is large, in the illustrated example, at the periphery of the diaphragm 14 in order to increase sensitivity. Further, the piezoresistor 15 is located inside the diameter of the opening 21 a on the sensor chip 10 side in the through hole 21 of the base 20.

また、台座20の貫通穴21およびセンサチップ10の凹部13には、ゲル部材30が充填されており、このゲル部材30によって、センサチップ10特にダイアフラム14の裏面部分が封止され保護されている。   The through hole 21 of the pedestal 20 and the recess 13 of the sensor chip 10 are filled with a gel member 30, and the gel member 30 seals and protects the back surface of the sensor chip 10, particularly the diaphragm 14. .

このゲル部材30としては、たとえばシリコーン系ゲル、フッ素系ゲル、フロロシリコーン系ゲルなどのゲル材料を用いることができ、このようなゲル材料を貫通穴21に注入・硬化させることで、ゲル部材30の充填がなされる。   As this gel member 30, for example, a gel material such as a silicone gel, a fluorine-based gel, or a fluorosilicone gel can be used. By injecting and curing such a gel material into the through hole 21, the gel member 30. Is filled.

上述したように、本圧力センサ100は、ディーゼルエンジンの排気ガス圧など、腐食性を有する液体やガスなどの圧力媒体の圧力を測定する場合に適用されるものであり、そのような腐食性の圧力媒体からセンサチップ10特にダイアフラム14の裏面を保護するために、ゲル部材30による保護がなされている。   As described above, the present pressure sensor 100 is applied when measuring the pressure of a pressure medium such as corrosive liquid or gas such as exhaust gas pressure of a diesel engine. In order to protect the sensor chip 10, particularly the back surface of the diaphragm 14, from the pressure medium, protection by the gel member 30 is made.

また、本実施形態の圧力センサ100は、図1に示されるように、車両の排気系の適所に取り付けられるケース40を有している。このケース40は、外部と電気的に接続可能な図示しない端子を有するものである。   Moreover, the pressure sensor 100 of this embodiment has the case 40 attached to the appropriate place of the exhaust system of a vehicle, as FIG. 1 shows. The case 40 has a terminal (not shown) that can be electrically connected to the outside.

たとえば、ケース40としては、PBT(ポリブチレンテレフタレート)やPPS(ポリフェニレンサルファイド)などの樹脂にて成形されたものからなり、さらに、Cuや42アロイなどからなるターミナルなどの端子がインサート成形されたものを採用することができる。   For example, the case 40 is made of a resin such as PBT (polybutylene terephthalate) or PPS (polyphenylene sulfide), and further, a terminal such as a terminal made of Cu or 42 alloy is insert-molded. Can be adopted.

そして、センサチップ10は、これに一体化された台座20を介して接着剤50により、ケース40に接合され固定されている。このような接着剤50としては、たとえば、塗布して硬化させることで接着機能を発揮する樹脂などからなる接着剤、具体的にはシリコーン系接着剤やフロロシリコーン系接着剤などを採用することができる。   The sensor chip 10 is bonded and fixed to the case 40 with an adhesive 50 via a base 20 integrated therewith. As such an adhesive 50, for example, an adhesive made of a resin that exhibits an adhesive function when applied and cured, specifically, a silicone-based adhesive or a fluorosilicone-based adhesive may be employed. it can.

また、上記したケース40の端子とセンサチップ10とは、図示しない金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。それにより、センサチップ10と外部との電気的なやり取りが可能となる。   Further, the terminals of the case 40 and the sensor chip 10 are electrically connected by a bonding wire made of gold or aluminum (not shown). Thereby, electrical exchange between the sensor chip 10 and the outside becomes possible.

ここで、台座20におけるセンサチップ10とは反対側の部位は、ケース40に支持されているが、ケース40には、台座20の貫通穴21と連通するとともに圧力を導入するための穴部41が設けられている。そして、この穴部41には、貫通穴21から連続して上記ゲル部材30が充填されている。   Here, the portion of the pedestal 20 opposite to the sensor chip 10 is supported by the case 40, but the case 40 communicates with the through hole 21 of the pedestal 20 and also has a hole 41 for introducing pressure. Is provided. The hole 41 is filled with the gel member 30 continuously from the through hole 21.

また、このケース40の穴部41は、たとえば丸穴であるが、本実施形態では、穴部41は、この穴部41における貫通穴21側の径L1が貫通穴21の径Lよりも大きい穴として構成されている。   The hole 41 of the case 40 is, for example, a round hole. In this embodiment, the hole 41 has a diameter L1 on the through hole 21 side of the hole 41 larger than the diameter L of the through hole 21. Configured as a hole.

さらに、穴部41は、この穴部41における貫通穴21側の径L1よりも圧力導入側の径L2の方が大きい穴として構成されている。本例では、穴部41は、ダイアフラム14とは反対側すなわち圧力導入側へテーパ状に拡径した穴形状となっている。   Furthermore, the hole 41 is configured as a hole having a diameter L2 on the pressure introduction side larger than the diameter L1 on the through hole 21 side in the hole 41. In this example, the hole 41 has a hole shape whose diameter is increased in a tapered shape on the side opposite to the diaphragm 14, that is, on the pressure introduction side.

そして、この圧力センサ100においては、ケース40の穴部41および台座20の貫通穴21からゲル部材30を介してセンサチップ10の裏面12すなわちダイアフラム14の裏面12に圧力が導入され、センサチップ10からは、上記したピエゾ抵抗効果によって、印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている。なお、具体的な検出方法については、後述する。   In the pressure sensor 100, pressure is introduced from the hole 41 of the case 40 and the through hole 21 of the base 20 through the gel member 30 to the back surface 12 of the sensor chip 10, that is, the back surface 12 of the diaphragm 14. From, the signal according to the applied pressure is output by the above-mentioned piezoresistance effect. A specific detection method will be described later.

次に、本実施形態の圧力センサ100の製造方法について、図2および図3を参照して述べる。これら図2(a)〜(d)および図3(a)〜(d)は、本製造方法をワークの概略断面にて示す工程図であり、主としてセンサチップ10の製造方法を示すものである。   Next, a method for manufacturing the pressure sensor 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d) and FIGS. 3 (a) to 3 (d) are process diagrams showing this manufacturing method in a schematic cross section of a work, and mainly show a manufacturing method of the sensor chip 10. .

本圧力センサ100におけるセンサチップ10についての、より具体的な断面構成の一例は、図3(c)、(d)に示される。   An example of a more specific cross-sectional configuration of the sensor chip 10 in the pressure sensor 100 is shown in FIGS.

図3(c)および(d)に示される例では、センサチップ10は、裏面12側から表面11側に向かって、P型のシリコン基板としてのP型層(PSub層)201、N-層(N型エピタキシャル層)203が積層されたシリコン半導体基板200よりなり、N-層203は、上記P型層201とは異なる不純物濃度を持つP型領域を介して、ピエゾ抵抗15の形成領域とその周囲領域とに分離されており、アイソレーション204を確保している。 In the example shown in FIGS. 3C and 3D, the sensor chip 10 includes a P-type layer (PSub layer) 201, an N layer as a P-type silicon substrate from the back surface 12 side to the front surface 11 side. (N-type epitaxial layer) 203 is composed of a silicon semiconductor substrate 200 laminated, and the N layer 203 has a piezoresistive 15 formation region through a P-type region having an impurity concentration different from that of the P-type layer 201. It is separated from the surrounding area, and the isolation 204 is secured.

ピエゾ抵抗15は、P型領域としてN-層内に形成されている。このピエゾ抵抗15は、実際には、少なくとも4個形成されており、後述するブリッジ回路(図4参照)を構成している。 The piezoresistor 15 is formed in the N layer as a P-type region. In practice, at least four piezoresistors 15 are formed, and constitute a bridge circuit (see FIG. 4) described later.

また、シリコン半導体基板200の上面すなわちセンサチップ本体の表面11側は、酸化膜17にて被覆され、この酸化膜17の上にはAl薄膜よりなる配線18が形成されている。そして、この配線18および酸化膜17に形成されたコンタクトホールを介して、ピエゾ抵抗15同士の接続等がなされている。   Further, the upper surface of the silicon semiconductor substrate 200, that is, the surface 11 side of the sensor chip body is covered with an oxide film 17, and a wiring 18 made of an Al thin film is formed on the oxide film 17. The piezoresistors 15 are connected to each other through contact holes formed in the wiring 18 and the oxide film 17.

そして、配線18を除く酸化膜17の上には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等よりなる保護膜19が形成され、センサチップ10の保護が図られている。このセンサチップ10は、周知の半導体製造技術を用いて製造することができる。次に、その製造方法の一例について、図2、図3を参照して説明する。   A protective film 19 made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is formed on the oxide film 17 excluding the wiring 18 to protect the sensor chip 10. The sensor chip 10 can be manufactured using a known semiconductor manufacturing technique. Next, an example of the manufacturing method will be described with reference to FIGS.

まず、図2(a)に示されるように、P型のシリコン基板201の一面側の所定領域にイオン注入等により、不純物濃度の異なるP型層202を形成するとともに、当該シリコン基板201の一面側に、リン(P)等の不純物雰囲気にて、N-層203を成長させ形成する。 First, as shown in FIG. 2A, a P-type layer 202 having a different impurity concentration is formed in a predetermined region on one surface side of a P-type silicon substrate 201 by ion implantation or the like. On the side, an N layer 203 is grown and formed in an impurity atmosphere such as phosphorus (P).

次に、図2(b)に示されるように、N-層203の表面からホウ素(B)イオン等を注入し、拡散させるとともに、上記不純物濃度の異なるP型層202をN-層203の表面側へ拡散させることにより、上記P型のシリコン基板としてのP型層201、N-層203が積層され且つアイソレーション204が形成されたシリコン半導体基板200を形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, boron (B) ions or the like are implanted from the surface of the N layer 203 and diffused, and the P-type layer 202 having a different impurity concentration is formed on the N layer 203. By diffusing to the surface side, the P-type layer 201 as the P-type silicon substrate and the N layer 203 are laminated and the silicon semiconductor substrate 200 in which the isolation 204 is formed is formed.

次に、図2(c)に示されるように、シリコン半導体基板200の上面に、スパッタや蒸着法、加熱処理などの方法により、酸化膜17を形成し、この酸化膜17により上記N-層203およびアイソレーション204上を被覆する。 Next, as shown in FIG. 2C, an oxide film 17 is formed on the upper surface of the silicon semiconductor substrate 200 by a method such as sputtering, vapor deposition, or heat treatment, and the N layer is formed by the oxide film 17. 203 and isolation 204 are coated.

次に、図2(d)に示されるように、酸化膜17を介してホウ素(B)イオン等によるイオン注入や拡散法により、シリコン半導体基板200の表面に、ピエゾ抵抗15を形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, a piezoresistor 15 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 200 by ion implantation or diffusion using boron (B) ions or the like through the oxide film 17.

次に、図3(a)に示されるように、フォトリソグラフ法等を用いて、酸化膜17の所望の部位にコンタクトホールを形成し、その上に蒸着法などによりAl薄膜よりなる配線18を形成し、配線18とピエゾ抵抗15とを導通させる。   Next, as shown in FIG. 3A, a contact hole is formed in a desired portion of the oxide film 17 by using a photolithography method or the like, and a wiring 18 made of an Al thin film is formed thereon by a vapor deposition method or the like. Then, the wiring 18 and the piezoresistor 15 are made conductive.

次に図3(b)に示されるように、CVD法等により、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等よりなる保護膜19を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, a protective film 19 made of a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like is formed by a CVD method or the like.

しかる後、シリコン半導体基板200の上面側をマスクした状態で、KOHなどのエッチング液を用いて、シリコン半導体基板200の下面側の一部を異方性エッチングにより除去する。それにより、図3(c)に示されるように、上記凹部13が形成されるのに伴いダイアフラム14が形成され、上記センサチップ10ができあがる。   Thereafter, a part of the lower surface side of the silicon semiconductor substrate 200 is removed by anisotropic etching using an etching solution such as KOH while the upper surface side of the silicon semiconductor substrate 200 is masked. As a result, as shown in FIG. 3C, the diaphragm 14 is formed as the recess 13 is formed, and the sensor chip 10 is completed.

そして、上述したように、超音波振動を用いた切削やサンドブラストなどの加工方法によりテーパ形状の貫通穴21が設けられた台座20を用意し、この台座20とセンサチップ10とを陽極接合する。   Then, as described above, the pedestal 20 provided with the tapered through hole 21 is prepared by a processing method such as cutting or sandblasting using ultrasonic vibration, and the pedestal 20 and the sensor chip 10 are anodically bonded.

それにより、図3(d)に示されるように、センサチップ10と台座20とが一体化する。続いて、さらに、ケース40と台座20とを接着剤50を介して接合する。そして、ケース40の穴部41および台座40の貫通穴21へゲル部材30を注入し、加熱などによりこれを硬化させる。   Thereby, as shown in FIG. 3D, the sensor chip 10 and the base 20 are integrated. Subsequently, the case 40 and the pedestal 20 are further bonded via the adhesive 50. And the gel member 30 is inject | poured into the hole 41 of the case 40, and the through-hole 21 of the base 40, and this is hardened by heating etc.

また、センサチップ10と上記したケース40の図示しない端子とをワイヤボンディングなどにより電気的に接続する工程などを経ることにより、実際の圧力測定に供することの可能な圧力センサとして、本実施形態のダイアフラム裏面封止型の圧力センサ100が完成する。   In addition, as a pressure sensor that can be used for actual pressure measurement by performing a process of electrically connecting the sensor chip 10 and a terminal (not shown) of the case 40 by wire bonding or the like, the pressure sensor according to this embodiment can be used. The diaphragm back surface pressure sensor 100 is completed.

このような圧力センサ100は、たとえば、センサチップ10の表面11側からダイアフラム14に印加される圧力と、センサチップ10の裏面12側からダイアフラム14に印加される圧力との差圧により、ダイアフラム14が歪み、このダイアフラム14の歪みに基づいて圧力検出を行う相対圧型の圧力センサとすることができる。   Such a pressure sensor 100 includes, for example, a diaphragm 14 due to a differential pressure between a pressure applied to the diaphragm 14 from the front surface 11 side of the sensor chip 10 and a pressure applied to the diaphragm 14 from the back surface 12 side of the sensor chip 10. The relative pressure type pressure sensor that detects pressure based on the distortion of the diaphragm 14 can be obtained.

限定するものではないが、具体的には、このような相対圧検出型の圧力センサ100は、たとえば、ケース40を介して上述したディーゼルエンジンの排気系に取り付けられ、その排気ガス圧を測定するものとして適用することができる。   Although not limited, specifically, such a pressure sensor 100 of the relative pressure detection type is attached to the exhaust system of the diesel engine described above via the case 40, for example, and measures the exhaust gas pressure thereof. It can be applied as a thing.

この場合、本圧力センサ100においては、たとえば、基準圧となる大気圧がセンサチップ10の表面11側へ導入され、排気ガス圧が、センサチップ10の裏面12側にてゲル部材30を介してダイアフラム14へ導入される。   In this case, in the present pressure sensor 100, for example, atmospheric pressure serving as a reference pressure is introduced to the front surface 11 side of the sensor chip 10, and the exhaust gas pressure is passed through the gel member 30 on the back surface 12 side of the sensor chip 10. It is introduced into the diaphragm 14.

このとき、センサチップ10のダイアフラム14の表面と裏面とで各圧力が受圧され、ダイアフラム14の歪みに基づいて、これら両面の差圧が検出され、ピエゾ抵抗効果に基づくセンサチップ10からの信号が、上記ボンディングワイヤ等から上記端子を経て、外部に出力されるようになっている。   At this time, each pressure is received by the front surface and the back surface of the diaphragm 14 of the sensor chip 10, a differential pressure between these two surfaces is detected based on the distortion of the diaphragm 14, and a signal from the sensor chip 10 based on the piezoresistance effect is received. From the bonding wire or the like, it is outputted to the outside through the terminal.

この圧力センサ100におけるより具体的な検出動作について、図4を参照して述べることにする。図4は、ピエゾ抵抗15により構成される上記ブリッジ回路の結線図を示すものである。4個のピエゾ抵抗15(15a、15b、15c、15d)によりホイートストンブリッジが構成されている。   A more specific detection operation in the pressure sensor 100 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a connection diagram of the bridge circuit constituted by the piezoresistor 15. A Wheatstone bridge is constituted by four piezoresistors 15 (15a, 15b, 15c, 15d).

上記圧力の印加によりダイアフラム14が歪み変形するが、このとき、図4に示されるホイートストンブリッジの入力端子IaとIbとの間に直流定電圧Vを与えた状態では、このダイアフラム14の変形がピエゾ抵抗15a〜15dの抵抗値変化として現れ、出力端子PaとPbとの間から被検出圧力に応じたレベルの電圧(センサ信号)Voutが出力される。   When the pressure is applied, the diaphragm 14 is distorted and deformed. At this time, when the DC constant voltage V is applied between the input terminals Ia and Ib of the Wheatstone bridge shown in FIG. 4, the deformation of the diaphragm 14 is piezo-electric. A voltage (sensor signal) Vout having a level corresponding to the detected pressure is output between the output terminals Pa and Pb, and appears as a change in resistance value of the resistors 15a to 15d.

そして、このセンサ信号Voutが、ピエゾ抵抗効果に基づくセンサチップ10からの信号として外部に出力される。このようにして、圧力センサ100において圧力検出がなされる。   The sensor signal Vout is output to the outside as a signal from the sensor chip 10 based on the piezoresistance effect. In this way, the pressure sensor 100 detects the pressure.

ところで、本実施形態によれば、裏面12に凹部13が形成され凹部13に対応した表面11側の薄肉部がダイアフラム14として構成されるとともに、表面11にピエゾ抵抗15を有するセンサチップ10と、センサチップ10の裏面12に接合され凹部13からダイアフラム14へ通じる貫通穴21を有する台座20と、貫通穴21および凹部13に充填されてセンサチップ10を保護するゲル部材30とを備え、貫通穴21からゲル部材30を介してダイアフラム14に圧力が導入され、センサチップ10からはピエゾ抵抗効果によって印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている圧力センサにおいて、台座20における貫通穴21の径Lと台座20の厚さTとの比L/Tは、1<L/T<3であることを特徴とする圧力センサ100が提供される。   By the way, according to the present embodiment, the sensor chip 10 having the concave portion 13 formed on the back surface 12 and the thin portion on the front surface 11 side corresponding to the concave portion 13 is configured as the diaphragm 14 and having the piezoresistor 15 on the front surface 11. A pedestal 20 having a through hole 21 joined to the back surface 12 of the sensor chip 10 and communicating from the recess 13 to the diaphragm 14, and a gel member 30 filled in the through hole 21 and the recess 13 to protect the sensor chip 10 is provided. In the pressure sensor in which pressure is introduced from 21 to the diaphragm 14 via the gel member 30 and a signal corresponding to the pressure applied by the piezoresistive effect is output from the sensor chip 10, The ratio L / T between the diameter L of the hole 21 and the thickness T of the base 20 is 1 <L / T <3. Sensor 100 is provided.

このような本実施形態の圧力センサ100は、0℃以下の低温から100℃以上の高温まで幅広い温度範囲で作動可能な圧力センサとして適用可能なものであり、特に、上記比L/Tを1よりも大きく3未満の範囲とすることで、−30℃程度の極低温においても、センサ特性の変動を抑制可能としている。   Such a pressure sensor 100 of the present embodiment is applicable as a pressure sensor that can operate in a wide temperature range from a low temperature of 0 ° C. or lower to a high temperature of 100 ° C. or higher. In particular, the ratio L / T is 1 By making the range larger than 3 and less than 3, it is possible to suppress fluctuations in sensor characteristics even at an extremely low temperature of about −30 ° C.

この極低温におけるセンサ特性の変動抑制の具体的な様子は、図5に示される。図5は、台座における貫通穴の径Lと台座の厚さTとの関係について、比L/Tに着目し、本発明者が実験調査した結果を示す図であり、比L/Tと低温におけるセンサ特性の変動との関係を示す図である。   A specific state of the suppression of fluctuations in sensor characteristics at this extremely low temperature is shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing a result of an experiment conducted by the inventor focusing on the ratio L / T regarding the relationship between the diameter L of the through hole in the pedestal and the thickness T of the pedestal. The ratio L / T and the low temperature are shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with the fluctuation | variation of the sensor characteristic in.

図5に示されるように、本発明者は、台座20の貫通穴21の径(図中、穴径と図示)をφ0.8mm〜φ2.0mmと変えることで比L/Tを変えた圧力センサをサンプルとして作成し、これら各サンプルについて、注入前後のTCO変動(単位:%FS)を調べた。   As shown in FIG. 5, the inventor changed the ratio L / T by changing the diameter of the through hole 21 of the pedestal 20 (in the drawing, the diameter of the hole) from φ0.8 mm to φ2.0 mm. Sensors were prepared as samples, and TCO fluctuation (unit:% FS) before and after injection was examined for each of these samples.

ここで、「注入前後のTCO変動」とは、上記各サンプルにおいて、ゲル部材30を注入する前のものと注入した後のものとについて、低温におけるセンサ特性の変動の大きさを示すものである。   Here, “TCO fluctuation before and after injection” indicates the magnitude of fluctuations in sensor characteristics at low temperatures in each sample before and after the gel member 30 is injected. .

具体的には、ゲル部材30を注入する前の各サンプルについて室温および−30℃にて上記センサ信号Voutを測定し、室温の測定値に対する−30℃の測定値の変動分を求め、次に、ゲル部材30を注入した後の各サンプルについて室温および−30℃にて上記センサ信号Voutを測定し、同じく変動分を求める。   Specifically, the sensor signal Vout is measured at room temperature and −30 ° C. for each sample before injecting the gel member 30, and the variation of the measured value at −30 ° C. with respect to the measured value at room temperature is obtained. The sensor signal Vout is measured at room temperature and −30 ° C. for each sample after the gel member 30 is injected, and the variation is similarly obtained.

たとえば、各サンプルについて、ゲル部材注入前の変動分がa%であり、注入後の変動分が(a+b)%であったとすると、これらの差分b%がゲル部材30による低温での特性変動に相当する。そして、この差分b%が、図4中に示される「注入前後のTCO変動」である。   For example, for each sample, assuming that the fluctuation before injection of the gel member is a% and the fluctuation after injection is (a + b)%, these differences b% are characteristic fluctuations at low temperature due to the gel member 30. Equivalent to. The difference b% is the “TCO fluctuation before and after injection” shown in FIG.

図5に示されるように、比L/Tが大きくなるにつれてTCO変動が小さくなっている。比L/Tが1以下では、TCO変動は、実用レベルである1.5%FSを超えているが、比L/Tが1よりも大きく比L/Tが3未満程度まで、実用レベルである1.5%FS以下を満足することが確認された。   As shown in FIG. 5, the TCO variation decreases as the ratio L / T increases. When the ratio L / T is 1 or less, the TCO fluctuation exceeds the practical level of 1.5% FS, but the ratio L / T is larger than 1 and the ratio L / T is less than 3 at the practical level. It was confirmed that a certain 1.5% FS or less was satisfied.

比L/Tが1以下であると、台座20の貫通穴21がゲル部材30の応力緩和を行うには不十分な細長形状となるため、低温でのセンサ特性の変動が実用レベルとしては不適切な大きさとなってしまう。   If the ratio L / T is 1 or less, the through hole 21 of the pedestal 20 has an elongated shape that is insufficient to relieve the stress of the gel member 30. Therefore, fluctuations in sensor characteristics at low temperatures are not practical. It becomes an appropriate size.

一方、台座20の厚さTについては、台座20の安定性およびセンサチップ10の接合時の反りなどを考慮すると、0.7mm程度が下限であり、貫通穴21の径Lについては、センサチップ10との接合面積の確保や台座20自体の機械的強度の確保の点から2.1mm程度が上限である。   On the other hand, the thickness T of the pedestal 20 is about 0.7 mm as a lower limit in consideration of the stability of the pedestal 20 and the warp when the sensor chip 10 is joined, and the diameter L of the through hole 21 is the sensor chip. The upper limit is about 2.1 mm from the standpoint of securing the joint area with 10 and the mechanical strength of the pedestal 20 itself.

これらのことや、上記図5に示される実験データを考慮して、本実施形態では、比L/Tの上限については、2.1/0.3=3、すなわち3未満とした。   In consideration of these things and the experimental data shown in FIG. 5, in the present embodiment, the upper limit of the ratio L / T is set to 2.1 / 0.3 = 3, that is, less than 3.

そして、このように、比L/Tを1よりも大きく3未満の範囲とすることにより、ダイアフラム裏面を封止するゲル部材30の変形による低温でのセンサ特性の変動を抑制することができる。   Thus, by setting the ratio L / T to a range greater than 1 and less than 3, fluctuations in sensor characteristics at low temperatures due to deformation of the gel member 30 that seals the back surface of the diaphragm can be suppressed.

また、本実施形態の圧力センサ100においては、貫通穴21におけるセンサチップ10側の開口部21aの径は、センサチップ10における凹部13の径よりも小さいものであることも特徴のひとつである。   Moreover, in the pressure sensor 100 of this embodiment, the diameter of the opening part 21a by the side of the sensor chip 10 in the through-hole 21 is one of the characteristics that it is smaller than the diameter of the recessed part 13 in the sensor chip 10.

このようにすれば、図1に示されるように、センサチップ10における凹部13以外の厚肉部16が、貫通穴21に重なることなく、すべて台座20に接して接合されるため、台座20とセンサチップ10との接合面積を十分確保することができ、センサチップ10および台座20の接合構造体における剛体特性が適切に保持される。   In this way, as shown in FIG. 1, the thick portions 16 other than the recesses 13 in the sensor chip 10 are all joined in contact with the pedestal 20 without overlapping the through holes 21. A sufficient bonding area with the sensor chip 10 can be ensured, and the rigid body characteristics in the bonded structure of the sensor chip 10 and the base 20 are appropriately maintained.

なお、このような点を除けば、本実施形態においては、参考図ではあるが、図6に第1の変形例として示されるように、台座20の貫通穴21におけるセンサチップ10側の開口部21aの径は、センサチップ10における凹部13の径よりも大きいものであってもよい。 Except for this point, in the present embodiment, although it is a reference diagram, as shown in FIG. 6 as a first modified example, the opening on the sensor chip 10 side in the through hole 21 of the base 20 The diameter of 21 a may be larger than the diameter of the recess 13 in the sensor chip 10.

また、本実施形態の圧力センサ100においては、台座20におけるセンサチップ10とは反対側の部位は、ケース40に支持されており、ケース40には、貫通穴21と連通するとともに圧力を導入するための穴部41が設けられており、穴部41には、貫通穴21から連続してゲル部材30が充填されており、穴部41は、穴部41における貫通穴21側の径L1が貫通穴21の径Lよりも大きい穴として構成されていることも、特徴のひとつである。   Further, in the pressure sensor 100 of the present embodiment, a portion of the pedestal 20 opposite to the sensor chip 10 is supported by the case 40, and communicates with the through hole 21 and introduces pressure into the case 40. The hole 41 is provided continuously with the gel member 30 from the through hole 21. The hole 41 has a diameter L1 on the through hole 21 side of the hole 41. It is also one of the features that it is configured as a hole larger than the diameter L of the through hole 21.

このように、台座20の貫通穴21に連通し圧力導入可能な穴部41をケース40に設け、この穴部41に、貫通穴21から連続してゲル部材30を充填することにより、センサチップ10を保護しつつ、当該穴部41および台座20の貫通穴21内のゲル部材30を介してセンサチップ10へ圧力を導入できる。   As described above, the hole 40 that communicates with the through hole 21 of the pedestal 20 and that can introduce pressure is provided in the case 40, and the gel member 30 is continuously filled in the hole 41 from the through hole 21, thereby providing a sensor chip. The pressure can be introduced to the sensor chip 10 through the hole 41 and the gel member 30 in the through hole 21 of the pedestal 20 while protecting the sensor 10.

また、ケース40の穴部41における貫通穴21側の径L1を貫通穴21の径Lよりも大きいものとして構成しているため、低温時にゲル部材30が固く変形したとしても、ゲル部材30は比較的広いケース40側の穴部41内をダイアフラム14とは反対方向へ移動しやすくできる。   Further, since the diameter L1 on the through hole 21 side in the hole 41 of the case 40 is configured to be larger than the diameter L of the through hole 21, even if the gel member 30 is hard deformed at a low temperature, the gel member 30 The inside of the hole 41 on the relatively large case 40 side can be easily moved in the direction opposite to the diaphragm 14.

つまり、このようにすることで、台座20の貫通穴21からケース40の穴部41に渡る領域において、低温時におけるゲル部材30の応力を緩和できるため、ダイアフラム14裏面での変位を抑えやすくできる。   That is, by doing in this way, in the region extending from the through hole 21 of the pedestal 20 to the hole 41 of the case 40, the stress of the gel member 30 at a low temperature can be relieved, so that the displacement on the rear surface of the diaphragm 14 can be easily suppressed. .

また、本実施形態の圧力センサにおいては、穴部41は、穴部41における貫通穴21側の径L1よりも圧力導入側の径L2の方が大きい穴として構成されていることも、特徴のひとつである。   Further, in the pressure sensor of the present embodiment, the hole 41 is also configured as a hole having a diameter L2 on the pressure introduction side larger than the diameter L1 on the through hole 21 side in the hole 41. One.

ケース40は、台座20に比べて比較的加工しやすいものであり、成形や切削加工などにより、このような圧力導入側へ拡径した穴形状とした穴部41をケース40に形成することは、容易である。   The case 40 is relatively easy to process as compared to the pedestal 20, and it is possible to form a hole 41 in the case 40 having a hole shape whose diameter is increased toward the pressure introduction side by molding or cutting. Easy.

それによれば、上述したように、ケース40の穴部41において、低温時におけるゲル部材30の応力を緩和できるとともに、圧力導入側にて、より広い面積かつ大容量のゲル部材30によって水分を遮断することができるため、低温でのセンサ特性変動を、より確実に抑えることができる。   According to this, as described above, in the hole 41 of the case 40, the stress of the gel member 30 at a low temperature can be relieved, and moisture is blocked by the gel member 30 having a larger area and a large capacity on the pressure introduction side. Therefore, fluctuations in sensor characteristics at low temperatures can be more reliably suppressed.

ここで、図7は、本実施形態の第2の変形例としての圧力センサ110を示す概略断面図であり、圧力導入側へ拡径した穴形状としたケース40の穴部41を一部変形したものである。   Here, FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a pressure sensor 110 as a second modified example of the present embodiment, and a part of the hole 41 of the case 40 having a hole shape whose diameter is expanded toward the pressure introduction side is partially deformed. It is a thing.

上記図1に示される例では、貫通穴21側の径L1よりも圧力導入側の径L2の方が大きい穴部41としては、圧力導入側へテーパ状に拡径した穴形状が示されていたが、図7に示される圧力センサ110では、穴部41を段付き内孔とすることにより、段差を有して拡径した穴形状としている。この場合も、図1に示されるものと同様の効果を奏するものである。   In the example shown in FIG. 1, the hole 41 having a diameter L2 on the pressure introduction side larger than the diameter L1 on the through hole 21 side has a hole shape that is tapered toward the pressure introduction side. However, in the pressure sensor 110 shown in FIG. 7, the hole 41 has a stepped inner hole, thereby forming a hole shape having a stepped diameter. Also in this case, the same effect as that shown in FIG. 1 is obtained.

また、上記図1に示される例では、ケース40は樹脂成形されたものであったが、この図7に示される例のように、ケース40を、樹脂部40aとこの樹脂部40aとは別体の部材であって穴部41の少なくとも一部を構成するパイプ40bとにより構成されたものとしてもよい。   In the example shown in FIG. 1, the case 40 is resin-molded. However, as in the example shown in FIG. 7, the case 40 is separated from the resin portion 40a and the resin portion 40a. It is good also as what was comprised with the pipe 40b which is a body member and comprises at least one part of the hole 41. FIG.

このパイプ40bは、たとえばムライト、アルミナなどのセラミックや、42アロイなどの金属などにより構成されたものであり、樹脂部40aに対してインサート成形や圧入などにより一体的に固定されている。   The pipe 40b is made of, for example, ceramic such as mullite or alumina, or metal such as 42 alloy, and is integrally fixed to the resin portion 40a by insert molding or press fitting.

ここでは、パイプ40bは、穴部41における貫通穴21側の開口部に挿入固定されており、このパイプ40bの内径が穴部41における貫通穴21側の径L1に相当するものとなっている。   Here, the pipe 40b is inserted and fixed in the opening portion on the through hole 21 side in the hole portion 41, and the inner diameter of the pipe 40b corresponds to the diameter L1 on the through hole 21 side in the hole portion 41. .

また、本実施形態の圧力センサ100においては、上記図1、図7に示したように、ピエゾ抵抗15は、ガラス台座20の貫通穴21におけるセンサチップ10側の開口部21aの径の内側に位置していることも、有利な点である。   Further, in the pressure sensor 100 of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 7, the piezoresistor 15 is located inside the diameter of the opening 21 a on the sensor chip 10 side in the through hole 21 of the glass pedestal 20. It is also advantageous to be located.

それによれば、ピエゾ抵抗15は、センサチップ10の凹部13において台座20の肩部22よりも、さらに内側に位置することになる。そのため、肩部22に覆われた凹部13の空間、すなわち凹部13において肩部22上の空間にはゲル部材30が入り込んで、熱などにより膨張するが、その膨張時の応力を、ピエゾ抵抗15が受けにくくなるという利点がある。   According to this, the piezoresistor 15 is located further inside than the shoulder portion 22 of the base 20 in the recess 13 of the sensor chip 10. Therefore, the gel member 30 enters the space of the concave portion 13 covered by the shoulder portion 22, that is, the space on the shoulder portion 22 in the concave portion 13, and expands due to heat or the like. There is an advantage that it becomes difficult to receive.

(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、台座20はガラスにより構成されていたが、台座20の材料としては、ガラス以外にも、たとえばSi、セラミックなどを用いることができる。
(Other embodiments)
In addition, in the said embodiment, although the base 20 was comprised with glass, as a material of the base 20, other than glass, Si, a ceramic, etc. can be used, for example.

これは、排気ガス影響下における圧力センサの使用を鑑みた制限であり、センサチップや台座の形状を保持できるならば、シリコンに線膨張係数が合う金属類(42アロイなど)も使用することができる。   This is a limitation in view of the use of a pressure sensor under the influence of exhaust gas, and if the shape of the sensor chip or the pedestal can be maintained, a metal (such as 42 alloy) having a linear expansion coefficient suitable for silicon can be used. it can.

また、ゲル部材30としては、上記したフッ素系ゲル、シリコーン系ゲル、フロロシリコーン系ゲル以外にも、センサチップの保護部材や圧力伝達部材として十分機能するものであるならば、使用可能である。   Further, as the gel member 30, other than the above-described fluorine-based gel, silicone-based gel, and fluorosilicone-based gel, any material can be used as long as it functions sufficiently as a sensor chip protection member or a pressure transmission member.

また、上記実施形態では、ケース40の穴部41は、圧力導入側の方が拡径した穴形状となっているが、このような穴部41の形状は、上記したテーパ状の拡径形状あるいは段差を有した拡径形状に限らず、たとえば、穴の側面が湾曲した形となることで拡径した穴となっていてもよい。さらには、ケース40の穴部41はストレートな穴形状であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the hole part 41 of case 40 becomes a hole shape which the diameter of the pressure introduction side expanded, such a shape of the hole part 41 is the above-mentioned taper-shaped diameter-expanded shape. Or it is not restricted to the diameter-expanded shape with a level | step difference, For example, you may become the hole expanded in diameter by becoming the shape where the side surface of the hole curved. Furthermore, the hole 41 of the case 40 may have a straight hole shape.

また、上記実施形態では、圧力センサ100はケース40を有し、このケース40を介して被測定部材に取り付けられ、測定動作に供されるものとしたが、これに限定されるものではなく、たとえば、ケース40を持たずに台座20を直接被測定部材に取り付けて測定するものとしてもよい。   Further, in the above embodiment, the pressure sensor 100 has the case 40 and is attached to the member to be measured via the case 40 and is used for the measurement operation. However, the present invention is not limited to this. For example, the pedestal 20 may be directly attached to the member to be measured without having the case 40 for measurement.

また、上記実施形態の圧力センサにおいては、ディーゼルエンジン車両の排気管内に設けられた排気清浄フィルタとしてのDPFの前後の差圧を測定する場合、たとえばDPF上流側の排気ガス圧がセンサチップ10の表面11側へ導入され、下流側の排気ガス圧が、センサチップ10の裏面12側に導入されるが、このような場合には、センサチップ10の表面11側は図示しないゲル部材などにより被覆保護されてよい。   Moreover, in the pressure sensor of the said embodiment, when measuring the differential pressure before and behind DPF as an exhaust purification filter provided in the exhaust pipe of a diesel engine vehicle, for example, the exhaust gas pressure on the upstream side of the DPF is The exhaust gas pressure is introduced to the front surface 11 side and the downstream exhaust gas pressure is introduced to the back surface 12 side of the sensor chip 10. In such a case, the front surface 11 side of the sensor chip 10 is covered with a gel member (not shown). May be protected.

また、上記実施形態では、差圧検出タイプすなわち相対圧検出タイプの圧力センサであったが、センサチップにおけるダイアフラムの表面側が真空などの基準圧となっており、ダイアフラムの裏面側にゲル部材を介して被測定圧力を受ける絶対圧型の圧力センサに対しても、本発明は適用することが可能である。   In the above embodiment, the pressure sensor is a differential pressure detection type, that is, a relative pressure detection type pressure sensor. However, the surface side of the diaphragm in the sensor chip is a reference pressure such as a vacuum, and a gel member is interposed on the back side of the diaphragm. The present invention can also be applied to an absolute pressure sensor that receives a pressure to be measured.

また、本発明の圧力センサは、上述した排気圧力を検出するセンサに、その用途を限定されるものではないことは上述した通りである。たとえば、本発明の圧力センサは大気圧、エンジンの吸気圧をはじめとして、各種機器や容器の圧力など、いろいろな用途に用いることができる。   Further, as described above, the use of the pressure sensor of the present invention is not limited to the above-described sensor for detecting the exhaust pressure. For example, the pressure sensor of the present invention can be used for various applications such as atmospheric pressure, engine intake pressure, various equipment and container pressure.

本発明の実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. 上記実施形態に係る圧力センサにおけるセンサチップの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the sensor chip in the pressure sensor which concerns on the said embodiment. 図2に続くセンサチップの製造方法を示す工程図である。FIG. 3 is a process diagram illustrating a sensor chip manufacturing method following FIG. 2; 上記実施形態に係る圧力センサにおけるピエゾ抵抗により構成されるブリッジ回路の結線図である。It is a connection diagram of the bridge circuit comprised by the piezoresistor in the pressure sensor which concerns on the said embodiment. 比L/Tと低温におけるセンサ特性の変動との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ratio L / T and the fluctuation | variation of the sensor characteristic in low temperature. 上記実施形態の参考図としての第1の変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st modification as a reference drawing of the said embodiment. 上記実施形態の第2の変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 2nd modification of the said embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…センサチップ、11…センサチップの表面、12…センサチップの裏面、
13…センサチップの凹部、14…ダイアフラム、15…ピエゾ抵抗、
20…ガラス台座、21…ガラス台座の貫通穴、
21a…貫通穴のセンサチップ側の開口部、30…ゲル部材、40…ケース、
41…ケースの穴部。
10 ... sensor chip, 11 ... front surface of the sensor chip, 12 ... back surface of the sensor chip,
13 ... recess of sensor chip, 14 ... diaphragm, 15 ... piezoresistor,
20 ... glass pedestal, 21 ... through hole in glass pedestal,
21a ... opening of sensor hole side of through hole, 30 ... gel member, 40 ... case,
41: Hole of the case.

Claims (1)

裏面(12)に凹部(13)が形成され前記凹部(13)に対応した表面(11)側の薄肉部がダイアフラム(14)として構成されるとともに、前記表面(11)にピエゾ抵抗(15)を有するセンサチップ(10)と、
前記センサチップ(10)の裏面(12)に接合され前記凹部(13)から前記ダイアフラム(14)へ通じる貫通穴(21)を有する台座(20)と、
前記貫通穴(21)および前記凹部(13)に充填されて前記センサチップ(10)を保護するゲル部材(30)とを備え、
前記台座(20)の前記貫通穴(21)における前記センサチップ(10)側の開口部(21a)の径は、前記センサチップ(10)における前記凹部(13)の径よりも小さいものであり
前記貫通穴(21)から前記ゲル部材(30)を介して前記ダイアフラム(14)に圧力が導入され、前記センサチップ(10)からはピエゾ抵抗効果によって印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている圧力センサにおいて、
前記台座(20)における前記センサチップ(10)とは反対側の部位は、ケース(40)に支持されており、
前記ケース(40)には、前記貫通穴(21)と連通するとともに前記圧力を導入するための穴部(41)が設けられており、
前記穴部(41)には、前記貫通穴(21)から連続して前記ゲル部材(30)が充填されており、
前記台座(20)の前記貫通穴(21)の径Lよりも、前記ケース(40)の前記穴部(41)における前記貫通穴(21)側の径L1が大きく、且つ、前記ケース(40)の前記穴部(41)における前記貫通穴(21)側の径L1よりも、前記ケース(40)の前記穴部(41)における前記圧力導入側の径L2の方が大きいものとされており、
さらに、前記台座(20)の厚さTは、前記台座(20)の前記貫通穴(21)の径Lよりも小さいことを特徴とする圧力センサ。
A recess (13) is formed on the back surface (12), and a thin portion on the front surface (11) side corresponding to the recess (13) is configured as a diaphragm (14), and a piezoresistive (15) is formed on the surface (11). A sensor chip (10) having:
A pedestal (20) having a through hole (21) joined to the back surface (12) of the sensor chip (10) from the recess (13) to the diaphragm (14);
A gel member (30) that fills the through hole (21) and the recess (13) and protects the sensor chip (10);
The diameter of the opening (21a) on the sensor chip (10) side in the through hole (21) of the base (20) is smaller than the diameter of the recess (13) in the sensor chip (10). Pressure is introduced from the through hole (21) to the diaphragm (14) through the gel member (30), and a signal corresponding to the pressure applied by the piezoresistance effect is output from the sensor chip (10). In the pressure sensor
A portion of the pedestal (20) opposite to the sensor chip (10) is supported by the case (40),
The case (40) is provided with a hole (41) for communicating with the through hole (21) and for introducing the pressure,
The hole (41) is continuously filled with the gel member (30) from the through hole (21),
The diameter L1 on the through hole (21) side of the hole (41) of the case (40) is larger than the diameter L of the through hole (21) of the base (20), and the case (40). The diameter L2 on the pressure introducing side in the hole (41) of the case (40) is larger than the diameter L1 on the through hole (21) side in the hole (41). And
Furthermore, the thickness T of the said base (20) is smaller than the diameter L of the said through hole (21) of the said base (20), The pressure sensor characterized by the above-mentioned .
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